И снова - про измерение искажений

[bukvarev]

Ниже - материал, посвященный оценке искажений элементов звуковоспроизводящего тракта.
Файл упаковал посильнее, по ссылкам в тексте - картинки в нормальном разрешении и звуковые файлы.

Способ определ&#10.pdf

20.03.2016 Создал новые каталоги в облаке. Основная ссылка проекта: https://drive.google.com/folderview?...Dg&usp=sharing
Старые ссылки из ранних постов позже снесу или обновлю.
В папке "МОДЕЛЬ MATLAB" буду выкладывать файлы программ. Пока выложил функцию генератора тестовых файлов "test_file_generator.m".
В ближайшем будущем напишу развернутое описание, как пользоваться ключами, с примерами.
Теперь есть возможность создания теста по своему вкусу любому, кто захочет .
В папке "ТЕСТОВЫЕ ФАЙЛЫ" буду выкладывать или обновлять/заменять тестовые файлы. Пока там следующие файлы:
TEST-RAND-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (шум с равномерным распределением)
TEST-NORM-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (шум звуковой полосы с нормальным распределением)
TEST-PINK-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav ("розовый" шум по DIN)
TEST-FILE--FRNT-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (фрагмент "Together" Front 242)
TEST-FILE--HOSA-48000Hz-1ch-16x-4s-500ms-0ms.wav (фрагмент "Hosanna" Вебера)
TEST-FILE--JOVI-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (фрагмент "We Don*t Run" Bon Jovi)
TEST-FILE--META-48000Hz-1ch-16x-3s-500ms-0ms.wav (фрагмент "Dirty Window" Metallica)
Все вышеперечисленные файлы имеют одноименные текстовые файлы с отчетом функции "test_file_generator.m".
Также в папке "ТЕСТОВЫЕ ФАЙЛЫ" создан подкаталог "ИСХОДНЫЕ ФАЙЛЫ", в котором содержатся муз. произведения, использованные при генерации тестовых файлов. Если кому интересно, может сам повторить синтез, введя в командной строке Matlab вызов ф-и test_file_generator.m с соответствуюшими параметрами.

31.03.2016 Обновил файлы моделей : https://drive.google.com/folderview?...zQ&usp=sharing
1. Теперь поиск маркеров стал быстрым (применил комбинированный алгоритм поиска вместо согласованной фильтрации по всему файлу). Открывается возможность "без тормозов" анализировать файлы с очень большим количеством проб - больше 100.
2. В очередной раз скорректирован список рассчитываемых параметров:
-> profile noise level (RMS, ref to 0 dB garm RMS): -111.80 dB - уровень шума по отношению к полной шкале. Характеризует уровень шума паузы в анализируемом тракте. От уровня записи не зависит.
-> average signal to noise ratio: 111.57 dB - реальное отношение мощности тестового сигнала к уровню шума (оно зависит от уровня записи ).
-> signal power deviation to signal, RMS: -44.74 dB - относительное изменение мощности тестового сигнала от пробы к пробе. Косвенно характеризует временнОй уход коэффициента передачи в измеряемом тракте, насколько "дышит" система. Если эта величина значительно больше уровня шума, то есть проблемы со стабильностью системы.
-> FIND (Relative Distortion Power): -88.58 dB - это отношение мощностей продуктов искажений и тестового сигнала. Собственно, "Коэффициент нелинейных искажений".
-> distortion power deviation to distortion average waveform, RMS: 9.45 dB - среднеквадратическое отклонение мощности продуктов искажений от пробы к пробе. Характеризует отношение "нестационарной" составляющей искажений (динамические амплитудные, фазовые, джиттер) к "стационарной" (нелинейность ААХ и усредненные тепловые шумы). Очень условно, данный параметр показывает, в какой степени можно ожидать расхождения результатов классического измерения КНИ и предложенного способа. Если данное отношение значительно меньше 0, то следует ожидать близких результатов. В противном случае есть шанс получить "плохо звучащий аппарат" при его малом Kr.
-> (distortion average waveform power to noise ratio: 13.07 dB) - среднее превышение мощности продуктов искажений над шумом (условная заметность).
И два параметра, характеризующих наихудший случай из всех проб:
-> FIND worst estimation (peak): -82.66 dB
-> (worst case distortion power to noise ratio: 28.91 dB) .

Переписка Теоретика с ИГВИНом по теме предложенного способа. Простое объяснение.

переписка

ИГВИН:
У меня есть предположение, что усилители (и прочие девайсы) нужно измерять в естественной среде их обитания - т.е. непосредственно в составе системы. В ходе воспроизведения музыки. Кажется Букварёв такое делает, но я что-то его плохо понимаю.

Teoretic:
Да. Букварев, Гапонов и К. Ребята нащупали универсальный метод измерения нелинейности именно на музыкальном сигнале. Мощность современных компьютеров позволяет это проделывать даже любителям.
Суть понять не трудно. Методика позволяет сравнить исходный сигнал с воспроизведенным и нечувствительна к линейным искажениям (это бич всех компенсационных/векторных методов). Примеры разностных файлов (чистые нелинейные искажения) можно послушать (выложены по ссылкам в теме https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=72049 )

ИГВИН:
По Букваревской методике надо мне разобраться в сути.
Что с чем сравниваем, как именно. Мельком я не понял.

Teoretic:
В двух словах. Берем музыкальный фрагмент. Пропускаем его через тракт (какой хотите, вплоть до динамиков), записываем результат. Преобразуем фрагмент. Снова пропускаем его через тракт и делаем обратное преобразование. Вычитаем из первого фрагмента второй. Результат (разностный сигнал) соответствует только нелинейным искажениям тракта.

ИГВИН:
Спасибо, суть понятна. Неясно, как это выполнить практически.

Teoretic:
Практически все выполняется на компьютере с хорошей звуковой картой.
Вывод через карту и запись обратно в комп тоже.
Преобразуем - это математика, преобразование Гильберта для исходного фрагмента, потом - обратное преобразование Гильберта, вычитание сигналов. Все в цифре. Букварев пока что это делает в Матлабе (ну, ему так удобнее), программы для пользователя еще не существует.

ИГВИН:
Метод теоретически хорош. Как быть с антиалисинговым фильтром, искажениями АЦП... преобразование возможно без искажения?... искажениями ЦАП и пост-фильтра - пусть авторы метода решают это практически.
И я всё-таки не понимаю, что такое "ортогональный сигнал". И почему после его прохождения через усилитель образуются какие-то другие искажения.

Teoretic:
Преобразование Гильберта сдвигает все спектральные составляющие исходного сигнала на 90 градусов.
Поэтому преобразованный сигнал "ортогональный". В принципе, это все.
Если в тракте есть нелинейные искажения, то прямой и ортогональный сигнал будут искажены по-разному.
Из ортогонального сигнала восстанавливаем обратно прямой. По разнице не преобразованного и восстановленного сигнала судим об искажениях. Эту разницу можно просто послушать.
Меру для величины таким образом полученных искажений еще не определили.

ИГВИН:
Сдвигает по фазе на 90 градусов? Относительно чего? Основная (первая) гармоника остаётся в своей фазе? или тоже отъезжает на 90?
Чем это отличается от задержки?

Teoretic:
Все гармоники сдвигаются на 90 градусов относительно гармоник исходного сигнала. Это совсем не задержка. При временной задержке сдвиг фазы пропорционален частоте, а у нас фаза постоянна. Это идеальный фазовращатель.

Мне самому стало интересно.
Я взял простой сигнал: меандр с ограниченным спектром (от первой до одиннадцатой гармоники):
h(x)=cos(x)-cos(3*x)/3+cos(5*x)/5-cos(7*x)/7+cos(9*x)/9-cos(11*x)/11
После сдвига всех гармоник на 90 градусов получим сигнал
g(x)=sin(x)-sin(3*x)/3+sin(5*x)/5-sin(7*x)/7+sin(9*x)/9-sin(11*x)/11
(все косинусы стали синусами).
И построил их графики. Вот они, "ортогональные" сигналы:
https://drive.google.com/open?id=0B8...GJwZTR6VFk4NTQ

ИГВИН:
Вижу. Здорово!!!
Интегралы по площади равны, форма сильно разная.

Теперь дайте подумать...
Итак, мы смотрим искажения двух разных сигналов. В идеальном случае оба не искажены.
В реале из-за различий формы будут разные амплитудные искажения.
Сравниваем их.
Чем меньше разница - тем меньше зависимость искажения vs амплитуда. То есть устройство более линейно.
Как будто сходится - метод теоретически должен работать.

[свернуть]

09.02.2018 КАК ПРОВЕСТИ ИЗМЕРЕНИЯ (ВРЕМЕННЫЙ СПОЙЛЕР)

Скрытый текст

По ссылке находятся десять тестовых файлов: https://drive.google.com/drive/folde...b_?usp=sharing

Эти файлы делятся на группы по названию:
тесты определения коэффициента гармоник и шумовой полки
-test-1KHz-48.wav
-test_multitone_48.wav

тесты на основе FFT фильтра
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-EN-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-FRQ-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-FFT-FRQ-EN-48KHz.wav

тесты на основе БИХ фильтра Чебшева
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-EN-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-FRQ-48KHz.wav
-test-nonstationar--NoMercy-IIR-FRQ-EN-48KHz.wav

Длительность файлов - 1 минута

Нужно их воспроизвести и записать с выхода усилителя (каскада). Частота дискретизации - 48 КГц, очень желательно использовать при записи режим ASIO.
При использовании для воспроизведения и записи двух различных звуковых карт, их лучше всего синхронизировать по SPDIF.
В крайнем случае, воспроизвести и записать как есть, на внутренних частотах карт.

Стерео или моно - без разницы. Если в разных каналах будут разные сигналы (к примеру, со входа и выхода усилителя), то нужно об этом написать в названии файла.
Самое главное - главное - правильно записать на саму карту. Уровень записи на звуковой карте лучше делать в пределах -20..-10 дБ при испытательном файле 1 КГц (-test-1KHz-48.wav). Это делается внешним делителем напряжения. Все регуляторы уровня в микшерах - на 100% (это проверить с помощью соединения входа и выхода карты напрямую коротким шнурком), все эффекты - отключены.

Вначале записать сигнал напрямую, чтобы привязаться к "сквозному каналу".

Потом включить в тракт усилитель под нагрузкой, и записать повторно. Записанные файлы назвать, как считаете нужным.

Между записями разных файлов ничего в системе не изменять.

Потом заменить усилитель (если есть желание и возможность измерить несколько аппаратов), и повторить запись.

По минимуму нужно записать первые шесть файлов из списка. Обязательно записывать ЦЕЛИКОМ. Можно даже оставить в начале и в конце паузы.

[свернуть]

Ссылки на две интересные темы:
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=35395
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=34487

[Semigor]

Это который фирст лабалатори?

Да.

[Сергей Гапоненко]

Коллеги,
по ссылке
https://forum.vegalab.ru/showthread....98#post2453098 (пост 17) можно скачать две статьи в русском переводе:
Частотно-временная чувствительность слуха человека превосходит принцип неопределенности Фурье (2013)
Слышимость временного расплывания и несогласованности во времени акустических сигналов (2007)
Обе статьи сделаны в США, чисто экспериментальные.

Меня удивляют шутки некоторых форумчан вместо обсуждения особенностей слуха. Создается впечатление, что кто-то уже все понял и не считает нужным тратить время на дискуссии с теми, кто не понял, но надеется понять.
Вопрос , который я поднял:
Если звуки с такой формой звучат одинаково, то понимаем ли мы вообще, что нужно измерять в аудиотрактах?

Напомню: тема - про измерение искажений!
Я благодарен тем, кто поделился своими мыслями, но вместе с тем прошу не сводить дискуссию к шуточкам.

[Orion33]

Offтопик:

Меня удивляют шутки некоторых форумчан вместо обсуждения особенностей слуха. Создается впечатление, что кто-то уже все понял и не считает нужным тратить время на дискуссии с теми, кто не понял, но надеется понять.

В этом нет ничего удивительного: гораздо проще паясничать, тыкая в средневековый общепризнанный манускрипт, чем понять собственной головой. Коперника тоже в свое время сжигали, а она все равно вертится.
С другой стороны, человек по своей природе субъективен. Если он чего-то не видит или не слышит, очень сложно доказать, что это могут слышать или видеть другие.

[hydr]

С этого места поподробнее, please.

Разве само существование этого сайта не указывает на наличие серьезных проблем в постижении механизма слуха?

Периодический сигнал не несет информации. Абсолютное совпадение спектральных характеристик двух устройств в установившемся режиме не означает совпадения их переходных характеристик.
Другими словами без анализа переходных характеристик рассуждать о верности передачи информации бессмысленно.

О методах анализа:
Навязли на зубах сентенции - "для неискажающей цепи АЧХ должна быть постоянной на всех частотах, а ФЧХ должна быть линейной функцией от частоты", " АЧХ и ФЧХ однозначно определяют переходный процесс".
Если это все так то какого черта изобретать новые методы анализа нелинейности ?!
Если не так, то на старте нужно сказать где и почему на наш взгляд нестыковка.

Вместо этого, мы видим попытки применить классический спектральный метод. Т.е. те же яйца только вид сбоку.
Мы выучили, что абсолютно интегрируемая функция может быть представлена в виде наложения бесконечного множества своих гармонических составляющих с помощью интеграла Фурье. Ключевое слово тут - наложение. Делаем маленький шаг, разбираемся применимо ли наложение в общем случае к нелинейным системам?

С уважением hydr.

[Сухоруков Сергей]

Делаем маленький шаг, разбираемся применимо ли наложение в общем случае к нелинейным системам?

Да, вот Гапонов всё талдычит о неприменимости такого подхода к слуху, но почему-то не замечает, что то же самое справедливо и по отношению к нелинейным электронным системам.

[bukvarev]

Ладно, все, сдаюсь...

Игорь, я же написал, что:
1. разница незначительна,
2. качества источника было достаточно. Входы MW и Каменного были соединены параллельно.
3. Проводились сравнения на "горячую", это очень чувствительные сравнения.

Ну, поставлю я этот МБГЧ, ну будет (возможно), чуть лучше. И что с того?
Это совсем непринципиально.
Я так и думал, что после результатов сравнения, Вы предложите заняться "полировкой". Эта музыка будет вечной

По тестам оба усилителя хороши, по звуку - тоже. Меня ночью разбуди, включи любой из них, не отличу.
Включить Маршалл, там - да, ему ничего не поможет. Какой по тесту - такой и по звуку

---------- Сообщение добавлено 14:20 ---------- Предыдущее сообщение было 14:14 ----------

Вместо этого, мы видим попытки применить классический спектральный метод. Т.е. те же яйца только вид сбоку.

А ничего удивительного. Собственные вектора в линейном пространстве (в котором распространяются акустические волны) - гармонические функции. Соответственно, этот векторный базис - самый рациональный. Природа же - не дура создавать существо, живущее в этой среде с использованием нерационального базиса

[hydr]

А ничего удивительного. Собственные вектора в линейном пространстве (в котором распространяются акустические волны) - гармонические функции. Соответственно, этот векторный базис - самый рациональный. Или Вы считаете, что Природа - законченная дура создавать существо, живущее в этой среде с использованием нерационального базиса?

Коллега, линейное пространство, вектора - гармонические функции, рациональность векторного базиса и тп....................... это конечно хорошо. Аргумент - природа не дура, так вообще с ног сшибает.
А по существу, чего ни будь, хоть чуть - чуть, можно?

С уважением hydr.

[Johny]

Собственные вектора в линейном пространстве (в котором распространяются акустические волны) - гармонические функции. Соответственно, этот векторный базис - самый рациональный.

"...этот векторный базис - самый рациональный..." - это по каким же критериям, кроме тех, что у Вас в голове?

Или Вы считаете, что Природа - законченная дура создавать существо, живущее в этой среде с использованием нерационального базиса?

Это очень круто, про природу! Всевышнего забыли упомянуть с благодарностью (не боитесь, что Он разгневается?).

[sia_2]

Коллеги,
по ссылке
https://forum.vegalab.ru/showthread....98#post2453098 (пост 17) можно скачать две статьи в русском переводе:
Частотно-временная чувствительность слуха человека превосходит принцип неопределенности Фурье (2013)
Слышимость временного расплывания и несогласованности во времени акустических сигналов (2007)
Обе статьи сделаны в США, чисто экспериментальные.

Меня удивляют шутки некоторых форумчан вместо обсуждения особенностей слуха. Создается впечатление, что кто-то уже все понял и не считает нужным тратить время на дискуссии с теми, кто не понял, но надеется понять.
Вопрос , который я поднял:
Если звуки с такой формой звучат одинаково, то понимаем ли мы вообще, что нужно измерять в аудиотрактах?

Напомню: тема - про измерение искажений!
Я благодарен тем, кто поделился своими мыслями, но вместе с тем прошу не сводить дискуссию к шуточкам.

Про "принцип неопределенности" я написал в той ветке, налицо стандартные грабли - забывать в этой формуле про отношение сигнал-шум.
Кстати, и звуки с разной формой, если эта форма относится к диапазону частот ниже примерно 600...1000 Гц, тоже отличаются на слух, при условии, что система воспроизведения не корежит оба из них до степени кракозябр.
Эксперименты описаны в книге Фланагана и у Цвиккера/Фельдткеллера.

[bukvarev]

А по существу, чего ни будь, хоть чуть - чуть, можно?

Легко.
Возможно, наш мозг декодирует музыкальные инструменты и вообще звуки таким образом, что запоминает для каждого из них собственное подпространство, поэтому каждый образ представлен минимальным количеством векторов, которые требуется запомнить (точнее, закон преобразования системы координат). Это - очень рационально, если источник звука содержит гармонический ряд, то он не искажается по составу при прохождении через среду распространения.
Тогда нам действительно, в первом приближении, без разницы, меандр или "пила".

А вообще, я лично полностью поддерживаю Игоря Гапонова в его предложении не лезть в мозг, а обеспечить точную передачу стимула до барабанной перепонки.
Это можно попробовать сделать уже сейчас.
И эффект должен быть колоссальным. На фоне него все эти "ОООС vs безОООС" покажутся совсем несущественным. Крохи, из-за которых сейчас почему-то происходят бессмысленные "балалии".

---------- Сообщение добавлено 14:42 ---------- Предыдущее сообщение было 14:40 ----------

...этот векторный базис - самый рациональный..." - это по каким же критериям, кроме тех, что у Вас в голове?

Это не у меня в голове. Гармонический базис - рациональный для пространств, в которых присутствуют линейные искажения с памятью канала. Как раз случай распространения акустических и радиоволн.

[Johny]

обеспечить точную передачу стимула до барабанной перепонки.

Да, хотя бы до выходных клемм усилителя по заданным критериям точности.

[Johny]

Гармонический базис - рациональный для пространств, в которых присутствуют линейные искажения с памятью канала.

Вы исследователь, или кто?
Может хватит бредить и тихонечко перейти к обоснованным предположениям, как и принято в науке?
И что же это такое: "...пространств, в которых присутствуют линейные искажения с памятью канала..."?

[bukvarev]

И что же это такое: "...пространств, в которых присутствуют линейные искажения с памятью канала..."

Линейный канал передачи информации с памятью. Стандартный термин. Канал в котором присутствуют отражения сигнала, распространяющегося с конечной скоростью (в общем случае, зависящей от частоты). Это - линейные искажения сигнала. Собственные вектора линейного пространства, которому такой канал принадлежит - гармонические функции.
При прохождении любого сигнала через такой канал, его гармонический состав (кроме особых случаев, если присутствуют нули), не претерпевает изменений. Изменяются лишь амплитуды и фазы компонентов. Не чувствуете связи с тем, что мы не очень чувствительны к форме сигнала (по меньшей мере, на СЧ-ВЧ), но значительно - к гармоническому составу, включая случай появления новых гармонических компонентов? Т.е. когда нарушается линейность..

[Johny]

Это - линейные искажения сигнала.

А кого интересуют сегодня линейные искажения в звуковых усилителях, если не рассматривать совсем "отстойные"?

Стандартный термин. Канал в котором присутствуют отражения сигнала, распространяющегося с конечной скоростью (в общем случае, зависящей от частоты).

Каким боком "...отражения сигнала..." к звуковой области частот?

[Orion33]

А вообще, я лично полностью поддерживаю Игоря Гапонова в его предложении не лезть в мозг, а обеспечить точную передачу стимула до барабанной перепонки.
Это можно попробовать сделать уже сейчас.

Уже сейчас коллеги-теоретики продолжают утверждать, что для точной передачи стимула до барабанной перепонки достаточно не искажать амплитудный спектр исходного сигнала.
Слышащие практики им апеллируют, что не достаточно.

Что же делать? Пока в этом топике я увидел только одну конкретную мысль, прозвучавшую во вскользь упомянутой литературе (у Алдошиной): минимизировать ГВЗ в воспроизводимом диапазоне.

[Johny]

Не чувствуете связи с тем, что мы не очень чувствительны к форме сигнала (по меньшей мере, на СЧ-ВЧ)

Я очень чувствителен к форме сигнала, особенно на фронтах!
Придаю это параметру очень большое значение, особенно в области "малых времен"!

[bukvarev]

Каким боком "...отражения сигнала..." к звуковой области частот?

А Вы подумайте..

[Semigor]

1. разница незначительна,

Должна быть значительной. За всю жизнь не встретил Осника в АВ, чтобы звучал также, как безосый однотакт в А. Я не говорю кто лучше-хуже, но они играют по-разному.

2. качества источника было достаточно.

Я слышал эту карточку, она не позволяет делать достоверных оценок качества остальных частей тракта, (и это мое твердое ИМХО )

3. Проводились сравнения на "горячую", это очень чувствительные сравнения.

Вы мне можете не верить, но тумблер для таких сравнений - плохой вариант.
Поймите, я ведь все это пишу совсем не для того, чтобы доказать, что однотактник лучше. Просто мне будет жаль, если на основе неверных данных, вы сделаете неправильные выводы и не получите искомый результат, который уже забрезжил на горизонте.

Ну, поставлю я этот МБГЧ, ну будет (возможно), чуть лучше. И что с того?
Это совсем непринципиально.

Ну тут соглашусь наверное. С таким источником может и хуже стать.
Да, конструктив для безосника имеет ничуть не меньшее значение, чем для оосника, если мы ведем речь о качестве звука, а не о том, чтобы просто работала.

[bukvarev]

Я очень чувствителен к форме сигнала, особенно на фронтах!

И вечером, Вы приходите домой, и включаете запись отобранных фронтов, спадов и перепадов, чтобы расслабиться. Сочувствую.

[Валет]

Кстати, и звуки с разной формой, если эта форма относится к диапазону частот ниже примерно 600...1000 Гц, тоже отличаются на слух, при условии, что система воспроизведения не корежит оба из них

Они действительно могут отличаться на слух, потому что для системы воспроизведения это очень разные сигналы, т.к. они различаются по скорости изменения (нарастания/спада) напряжения и по амплитуде. Поэтому усилитель вносит в них разные искажения, а колонки еще и по по-разному их воспроизводят. Так что заметность разницы на слух в этом случае ни о чем не говорит, эксперимент должен быть поставлен грамотно. А любая система корежит эти сигналы по-разному, если только она не имеет нулевые искажения.